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宇宙的琴弦

物理学是宇宙的五线谱,万物皆是弦振动产生的音符

 
 
 

日志

 
 

对称性自发破缺  

2009-11-30 20:58:20|  分类: 群:终极理论之梦 |  标签: |举报 |字号 订阅

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昨天看到小莉写了篇关于分形的日志,想起一个朋友曾经问过我“自组织现象”的原因,思绪万千。所以打算写篇日志,把我曾经告诉那个朋友的观点更详细地阐述一遍,并希望物理的朋友因此增加一点自信:物理学家是无所不能的,自然界各个领域都有物理学家的足迹。
物理学家看生命是从薛定谔《生命是什么——活细胞的物理学观》正式开始的,后来陆续发现DNA(沃森和克里克)奥秘和耗散结构(普利高津)等重大理论成果。不过,关于“生命赖负熵为生”和能量耗散的问题,虽然对生物学意义重大,对纯理论物理贡献不多,我下面要解释的是自组织现象,虽然对生物学贡献不如DNA和耗散等,但对称性自发破缺、宇称不守恒的问题对物理学而言可是生死攸关的头等大事。
从物理上看,制造一个左旋的螺丝或汽车靠左行驶等,只不过给人们生活带来一些不方便而已。但从生物角度看,某些生命就得灭绝。因为所有的蛋白质都只用L-丙氨酸,如果我们制造一只左旋的青蛙,它就会找不到食物而饿死,,即使吞下再多苍蝇,消化酶也不起作用。对它来说,组成苍蝇的是一类‘错误’的氨基酸分子。
1900年贝纳尔发现,如果在一个水平容器中放一薄层液体,从底部徐徐均匀加热,开始时液体没有宏观运动。当上下温差达一定程度,液体中突然出现规则的六边形图案。这是为什么呢?
经济学的价值规律或许能从哲学角度给我们一些启发。必然性是通过偶然性为其开辟道路的。
最初某时出现生命分子,左旋和右旋是平等的,没有谁更优越。但由于偶然因素(比如太阳黑子活动干扰)而发生一次涨落,右旋刚好在特定环境下发展起来,对称性便自发破缺了!一个‘个别’偶然历史事件带来的倾向性传播开来,从此所有的酶只消化和制造右旋的分子和物种。
对于远离平衡的定态,当外部条件变化到某临界值时,本来稳定的状态会突然失去稳定,某些涨落被放大,驱使系统达到新的状态,这种突变就导致分岔。于是,对称性自发破缺了!伴随着逐级分岔,系统可能发展到越来越复杂的有序状态,甚至到宏观无规有序——混沌。
伴随着外部条件变化,生物系统的结构和功能都可能发生分岔,系统原来的状态或某种类型的物种将失去稳定性而不能继续存在。但另一方面,具有特定时空行为的微小涨落或变异作用偶然产生的某物种也可能刚好在适当条件下大量繁衍。

大统一理论SU(5)预言,在早期宇宙温度10^28—10^32K内时代,存在重子数不守恒的过程,使之围绕零产生微小涨落。在“T降到T。以下”时,偶然的涨落被冻结下来,形成了今天的对称性破缺的世界。

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